采矿工程论文.docx
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采矿工程论文
山西大同大学继续教育学院
毕业论文（设计）
题目：
潞安小南村煤业矿井设计
级别2012级
专业采矿工程
函授站点
班级
姓名
指导教师
年月日
山西大同大学继续教育学院
毕业论文（设计）指导意见书
论文题目：
潞安小南村煤业矿井设计
姓名：
级别及专业：
2012级采矿工程
指导教师姓名：
指导老师电话：
指导教师指导意见：
指导教师签名：
年月日
交修改稿时间：
备注：
山西大同大学继续教育学院
毕业论文（设计）评审意见书
论文（设计）题目：
潞安小南村煤业矿井设计
姓名：
班级：
2012级采矿工程
评审教师姓名：
职称：
评审教师评语：
签名：
年月日
建议成绩：
山西大同大学继续教育学院毕业论文答辩卡
答辩人
答辩时间
系、班
2012级采矿工程
答辩题目
潞安小南村煤业矿井设计
答
辩
内
容
评
价
评委:
山西大同大学继续教育学院函授学员毕业论文成绩评定表
毕业论文题目
潞安小南村煤业矿井设计
学员姓名
系、班
2012级采矿工程
指导教师
论文摘要：
答辩内容：
指导教师意见及建议成绩：
（以百分计占40%）
指导教师：
年月日
答辩小组评定建议成绩：
（以百分计占60%）
答辩组长：
年月日
答辩小组意见及总成绩：
（以百分计）
答辩组长：
年月日
注：
优秀（90—100分），良好（80—89分），中（70—79分），及格（60—69分），不及格（60分以下）。
摘要：
本设计详细介绍开拓立式煤矿井的概况特征，经过一系列的方案论证比较，选择了适合立式矿井的开拓方式、采煤方法和各生产系统。
井田内地质构造比较简单，主要为纵贯井田东西的天仓向斜，对第一水平选择了立井开拓方案，首采区的采煤方法采用倾斜长壁采煤法，综合机械化回采工艺。
辅助运输系统与主运输系统相分离，其中辅助运输系统采用了国际上先进的辅助运输设备单轨吊，可满足人员、机械设备、材料和矸石的运输，无需中间转载，可从井底车场直达工作面。
矿井一水平采用两翼对角式通风系统。
关键词:
立井开拓；条带式；单一倾斜长壁采煤法；综合机械化采煤；两翼对角式通风。
目录
摘要：
V
一序言1
（一）研究目的1
（二）研究意义1
二概述1
（一）矿井概述1
（二）位置与交通2
（三）自然地理4
三矿井设计生产能力及服务年限5
（一）工作制度5
（二）矿井设计生产能力及服务年限6
四井田开拓6
（一）矿井地质6
（二）矿井水文地质7
（三）老窑及水文对开采的影响11
五矿井建设12
（一）井筒12
（二）主要运输大巷及回风道的布置方式和位置选择12
六采煤方法和采区巷道布置14
（一）回采工艺14
（二）工作面巷道布置14
七井上下、矿内外通讯和生产监控16
（一）通讯系统概述16
（二）生产监控16
（三）人员定位系统概述16
（四）通风、瓦斯监控和综合防尘系统17
八井下排水系统18
九供电系统18
十井下运输系统19
结论20
致谢21
参考文献22
一序言
（一）研究目的
为了研究大采高综采技术的可行性与必要性，详细地分析小南村煤业的煤层赋存和现有生产技术状况，并对北东部、西部、南部，属潞安矿业集团有限公司（原潞安矿务局）下属大型煤矿，现开采3号煤层进行了现场考察，收集了该矿使用大采高综采设备开采的有关技术资料，经过分析对比认为，目前大采高综采工作面采用大功率，高可靠性设备，具有较强地适应能力，在小南村煤业使用是可行的，必将进一步加快小南村煤业增产增效的集约化发展步伐，推动小南村煤业的采煤技术发展，促进安全高效矿井的建设。
（二）研究意义
为了研究大采高综采技术在小南村煤业现有生产条件下的可行性，小南村煤业于2011年成立了由机电、生产、地质、通风、运输、自动化、计划及综采安装等科室、队组人员组成的调研小组，详细地分析对比认为，目前大采高综采工作面采用大功率，高可靠性设备，具有较强地适应能力，在小南村煤业使用是可行的。
在采煤机械化程度日益提高的今天，选用先进的采煤技术已成为保障煤矿企业安全高效生产的必由之路。
二概述
（一）矿井概述
煤层在形成时，一般都是水平或者近水平的，在一定范围内是连续完整的。
但是，在后来的长期的地质历史中，地壳发生了各种运动，是煤层的空间形态发生了变化，形成了单斜构造、褶皱构造和断裂构造等地质构造。
我们采煤就要注意煤层的走向倾向和倾角。
矿井的开拓可以分成立井开拓，斜井开拓，平硐开拓和综合开拓，主井和运输巷等都需要永久的支护，可以采用砌碹支护，架拱支护，架蓬支护，锚杆支护，锚喷支护，锚网喷支护。
（二）位置与交通
1、位置和范围
小南村煤业有限公司位于山西省长治市屯留县中华村、呈寺村、西至河村一带，行政区划隶属屯留县上村镇小南村管辖，矿区东南距山西省长治市15km，西距屯留县7.5km。
矿区地理坐标为：
东径113゜00′33″-113゜02′46″，北纬36゜17′21″-36゜19′04″，井田范围由下表6个拐点坐标依次连线圈定。
井田范围拐点坐标对照表表1—1
点号
1980年西安坐标系（6度带）
1954年北京坐标系（6度带）
X
Y
X
Y
1
4019549.54
19680447.02
4019598.00
19680516.00
2
4020869.63
19680406.42
4020918.10
19680475.40
3
4021265.94
19680727.42
4021314.40
19680796.40
4
4022776.54
19683677.91
4022825.00
19683746.90
5
4021977.94
19683129.21
4022026.40
19683198.20
6
4019600.64
19682340.32
4019649.10
19682409.30
批准开采深度：
由619.99至509.99m标高
井田范围为不规则的多边形，南北长约3km，东西宽约3.2km，整合后井田面积为5.1753km2。
井田范围示意图图1-2-1
2、交通条件
本井田交通方便，东距太（原）-焦（作）铁路10km，208国道从井田西部边缘通过，太长高速路从井田西部边界通过，区内县市、乡镇间水泥沥清路纵横交错，乡村间简易公路密如蛛网，交通非常方便。
见交通位置图（图1-2-2）。
（三）自然地理
1、地形地貌
本井田位于太行山中段西侧，山西省东南部，上党盆地中部，井田内广为第四系黄土覆盖。
地势低平，地表总的趋势为西高东低，地形标高最高点位于井田西北部边界黄土坡，标高928.60m，最低点位于井田东南部边界处沼泽地，标高899.1m，最大相对高差29.50m。
大部分标高为905～925米。
井田东部为漳泽水库，区内雨季有小冲沟内泄洪水，汇入漳泽水库。
本区属海河水系。
井田地貌图1-3-1
2、气象
本区属大陆性气候，四季分明，夏季午间较热，早晚凉爽，昼夜温差较大；春冬季多风少雨，气候干燥，夏季多东南风，冬季多西北风。
年气温-29.1℃-37.4℃，平均9.5℃，一般7月最热。
降雨量433.2-814.3mm/年，平均582.8mm/年，集中在7、8、9三个月，为全年降水的60%以上。
蒸发量1515.0-1914.7mm/年，平均1768.1mm/年，为年降水量的3倍以上。
每年10月至次年4月为结冰期，无霜期160天，最大冻土深度82cm，主要风向为西北风，最大风速18m/s。
漳泽水库是一座以防洪、供水、灌溉为主，兼顾水产养殖等综合利用的大
（2）型水库。
大坝坝顶高程910米，按100年一遇设计，相应洪水位903.85米，按2000年一遇校核，洪水位907.61米，正常蓄水位902.40米，死水位896.60米。
2010年汛期防洪调度原则：
警戒水位902.4米，紧急水位903.6米，危急水位905米。
汛期水库边界可漫过矿区东部边界，但不会没有超过主副井（分别为924.581米和922.206米）。
3、地震
据历史记载，本区域先后发生过28次地震，其中破坏性地震8次。
根据中华人民共和国标准GB18306－2001《中国地震动峰加速度区划图》和《中华人民共和国建筑抗震设计规范》（GB5001－2001），本区地震动峰值加速度为0.10g，对应的烈度为Ⅶ度地震区。
4、经济状况
区内村庄密集，建筑物均以砖木结构为主，各村人口一般500-2000人不等。
区内除煤矿和嘉源外贸公司外无大的工业企业，经济以农业为主，主要有玉米、大棚菜等。
畜牧业以奶牛为主。
当地村民供水水源大多为第四系地下水。
三矿井设计生产能力及服务年限
（一）工作制度
矿井一般的生产制度按设计规定为：
每年工作日数为330天，矿井每昼夜分三班工作。
采煤工作面为两班生产，另一班维修设备，通风、排水则须三班工作，每日为24小时生产。
每天净提升小时数为16小时。
（二）矿井设计生产能力及服务年限
矿井生产能力是度量矿井生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌，是井田开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。
矿井生产能力是与井田划分紧密联系并且相互适应的。
是矿区总体设计应解决的重要原则问题。
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、储量、开采条件、设备供应及国家煤碳开采等因素确定。
对于具体矿井，应该根据国家需要，结合该矿地质和技术条件，开拓、准备和通风方式，以及机械化水平等因素，在保证生产安技术经济合理的的条件下，综合计算开采，各生产环节，所能保证的能力，并根据矿井储量，验算矿井和水平服务年限是否能够达到规定的要求。
四井田开拓
（一）矿井地质
1、地层
井田内均为新生界黄土所覆盖，地层大多数均为钻孔所揭露。
井田内地层由老到新为奥陶系中统上马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组、石千峰组、第三系及第四系。
2、构造
井田构造形态总体为一走向北东、倾向北西的单斜,倾角3～9º，未发现陷落柱，无岩浆侵入现象，除边界断层处构造较为复杂外，井田构造大部分属简单类。
（1）中华正断层：
井田内主要断层为中华断层，位于中华村北部，斜穿整个井田，区内常2.8公里，走向北63°东，倾向北西，倾角70°。
从东往西，断距逐渐缩小，往西尖灭。
矿区西边界附近断距10米左右，东北部小南村一带断距165米左右。
据常村精查报告、王庄扩大区精查报告、古城勘探报告叙述，以及多年地震勘探成果，该断层与北部安昌正断层形成地堑，在邵村附近与安昌断层合并。
该断层已查明。
（2）安昌正断层：
据王庄扩区精查勘探报告叙述，该断层走向北56°东。
倾向南东、倾角由西向东变陡，一般70°-75°。
断距为16～230米，536孔一带为165米，局部达250米，536孔在518.10～554.43米见断层破碎带，短时太原组底部和本溪组以及峰峰组上部地层。
该断层为矿井北部边界，井田边界处延伸长度大于3公里。
该断层已查明。
（3）F1正断层
位于井田西部，2307及2308工作面南部即以此断层为界，2305工作面两侧大巷均有所揭露，断距偏小，大致推断，走向北东65°左右，倾向北西，倾角75°，断距5～10米左右。
断层在钻孔中未见到，井田内南翼大巷也未揭露，说明在井田内延伸范围有限。
区内及边界处主干断层发育特征汇总表3-1
参数
断
层
性质
走向
倾向
落差（m）
位置
倾角
井下揭露情况
刘家畛
正
58°
148°
50
井田外北部
75°
王庄矿揭露
安昌
正
60°
150°
16～230
井田北部边界
70°～75°
无
南岗西隐伏正断层
正
60°
150°
30～50
井田外西北部
70°
无
中华正断层
正
63°
153°
10～165
井田内北部
70°
无
区内全部为黄土掩盖，从钻孔中区内未见到陷落柱，开采过程中也未见到，但区外王庄矿井田内见有少量陷落柱。
区内未发现岩浆岩侵入。
从以上对构造的分析，构造仍属简单类。
但在中华及安昌断层附近，渐变的复杂。
考虑到中华及安昌断层断距较大，在地堑内部的煤层可能与奥陶系含水层直接联系，尤其引起重视。
因此建议下部工作必须进行采区三维地震工作，以便于综采工作面的布置。
（二）矿井水文地质
井田位于太行山中段西侧，长治盆地西部的山前地带，地貌特征为丘陵地带，地表发育有少量冲沟，地势呈北西高南东低之势，最高点标高927.00m，最低点位于井田东北角，相对高差29m，地表大面积黄土覆盖。
井田内无常年性河流，仅有季节性河流,河流流量随季节性变化明显,雨季时常有洪水发生,最后汇入漳泽水库。
其余季节河流流量很小或断流。
井田东部为漳泽水库，库容量1.995×108m³，年漏失量0.2×108m³。
1、主要含水层
（1）、奥陶系中统（O2）石灰岩岩溶裂隙含水层
a、峰峰组:
下段以角砾状泥灰岩为主，岩溶裂隙不发育；上段以石灰岩为主，岩溶裂隙发育，钻进至该层段时冲洗液漏失。
b、上马家沟组：
以石灰岩、泥灰岩为主，岩溶裂隙发育。
据本次补7号孔对奥陶系中统（O2）峰峰组、上马家沟组进行混合抽水试验资料，水位标高在636.86m，单位涌水量为0.4766L/s.m，渗透系数为2.0011m/d，属中等富水性含水层，水质类型为SO4·HCO3—Ca型。
结合区域资料，推测井田内奥灰水水位标高为635-637m。
（2）、石炭上统太原组（C3t）含水层组
井田内地表无出露,为碎屑岩夹碳酸盐岩层间岩溶裂隙含水层,含水层主要由K2、K3、K4、K5等石灰岩组成,含水空间以岩溶裂隙为主,构成太原组各煤层的直接充水含水层。
K2石灰岩岩溶裂隙含水层：
厚4.69-9.14m，平均厚7.42m。
据钻孔揭露，岩溶裂隙不发育，偶见小溶孔，冲洗液消耗量一般不大，平均为0.11m3/h。
据王庄扩区0304孔（距井田西边界约1km）抽水试验，单位涌水量为0.0112L/s.m，渗透系数为0.201m/d，水位标高688.08m，属弱富水性含水层，水质类型属HCO3·SO4—Na型水，矿化度为0.908g/L。
K3石灰岩岩溶裂隙含水层：
层厚在1.75-4.81m之间，平均厚3.41m。
钻孔揭露岩溶不太发育，冲洗液消耗一般不大，平均为0.155m3/h。
K4石灰岩岩溶裂隙含水层：
层厚在0.97-5.50m之间，平均厚3.22m，钻孔揭露岩溶裂隙不发育，钻进中冲洗液消耗量不大，平均为0.094m3/h。
K5石灰岩岩溶裂隙含水层：
层厚在1.10-3.38m之间，平均厚2.20m。
钻孔揭露岩溶裂隙不太发育，钻进中冲洗液消耗量不大，平均为0.108m3/h。
（3）、二叠系下统山西组（P1s）砂岩裂隙含水层
包括K7砂岩及3号煤层顶板砂岩裂隙含水层。
K7砂岩裂隙含水层：
为山西组与太原组的分界标志，岩性为中、细粒砂岩，层厚在1.20-6.00m之间，平均厚度3.55m。
裂隙稍发育，钻进中冲洗液消耗量一般不大，平均为0.120m3/h。
3号煤层顶板砂岩裂隙含水层：
区内主要可采煤层3号煤层的顶板，局部与3号煤层直接接触。
层厚1.10-13.60m左右，平均厚5.31m，岩性以细、中粒砂岩为主。
裂隙发育，钻进中冲洗液消耗量平均为0.135m3/h。
为3号煤层的直接充水含水层。
该矿现开采3号煤层，矿井主要充水来源为煤层顶板砂岩裂隙水渗入及采空区积水沿底板向采区巷道的渗漏。
目前矿井正常涌水量为25m3/h,最大涌水量为30m3/h，说明该含水层富水性弱。
（4）二叠系下统下石盒子组（P1x）中部及底部K8砂岩裂隙含水层
为山西组与下石盒子组分界砂岩，岩性以粗、中粒砂岩为主，裂隙较发育，钻进中冲洗液消耗量不大。
据本次补7号孔对山西组与下石盒子组进行混合抽水资料，水位标高在773.31m，单位涌水量为0.00041L/s.m，渗透系数为0.0019m/d，属弱富水性含水层。
水质类型为HCO3·SO4-Ca·Na型。
（5）基岩风化带裂隙含水层
岩性各异，风化裂隙发育程度受岩性及构造的影响。
裂隙发育深度一般在基岩面以下50-80m。
在安昌断层附近因受断层影响，裂隙发育深度达基岩面以下100-120m。
含水较丰富。
据王庄扩区0501孔（距井田南边界约400m）进行抽水试验：
单位涌水量为0.013L/s·m，渗透系数为0.016m/d，水位埋深64.25m，标高+852.38m。
该含水层属弱富水性含水层，水质属HCO3·Cl-Na型，矿化度为0.47g/L。
据西北部常村矿风井井筒建井时，1985年8月20日11时在46.00m深的井筒东侧，在本含水层内遇裂隙发生突水，突水量最大达280m3/h，造成淹井。
说明该含水层局部富水性好。
（6）第四系松散岩类孔隙含水层
新生界冲积—洪积松散层覆盖全区，厚度受基岩风化面起伏的影响和地形的控制。
含水层由细砂、中砂，粗砂及砂砾等组成，水位埋藏较浅、井泉的动态变化受大气降水影响明显。
据王庄扩区0501孔（距井田南边界约400m）对此层进行抽水试验：
单位涌水量为0.5194L/s·m，渗透系数为8.743m/d，水位埋深18.01m。
该含水层属中等富水性含水层。
2、主要隔水层
（1）石炭系上统太原组15-3号煤层底部至中统本溪组底隔水层
岩性主要为灰绿色泥岩、铝质泥岩及砂质泥岩组成,厚度12.40-20.40m,平均17.00m，透水性差,平行不整合于峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层之上,阻隔其上、下含水层的水力联系。
（2）太原组上部石灰岩层间隔水层
主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩组成，分布于各石灰岩含水层之间，起层间隔水的作用。
（3）二叠系砂岩含水层层间隔水层
主要由泥岩、砂质泥岩等组成,呈层状分布于各砂岩含水层之间,形成平行复合结构,起层间隔水作用。
3、构造
（1）褶曲
井田地层以单斜为主。
部分区域顶板少量淋水并随着开采的推进，淋水部位逐渐偏移，原来淋水部位变得不再淋水。
（2）断层及陷落柱
井田北部存在2条断层，位于井田北部边界，为区域性断裂。
王庄煤矿2008年大巷掘进过此断层时，顶板有淋水现象，最大10m3/d，并且掘进过后，不再淋水。
井田外部的刘家珍断层，距离井田北部边界500米左右，王庄煤矿超前探中曾遇到，探水钻孔1-2m3/h。
虽然这些断层导水性目前导水性不强，但由于中华、安昌断层在井田东北部漳泽水库处落差较大，超过150米，可能沟通地表水库以及造成煤层与奥灰水相接的局面，其导水性不可忽视。
区内目前未发现陷落柱，但可能有隐伏的导水陷落柱存在，生产中应加强探放水工作。
4、主要含水层补给、迳流、排泄条件
第四系松散含水层主要接受大气降水的补给,其迳流、排泄区不明显,其下伏基岩风化带含水层在浅埋区除可直接接受大气降水补给外,可接受第四系含水层的补给。
在不同地段,不同时期第四系含水层与基岩风化带含水层可互为补给含水层。
井田内碎屑岩含水层及石炭系上统层间岩溶裂隙含水层,其间有厚度不等的泥岩隔水层相隔,相互水力联系差,主要以相互平行的层间迳流为主,仅在构造部位或浅埋区才可与其它含水层发生直接的水力联系。
奥陶系中统岩溶裂隙含水层是区内主要含水层之一,井田内埋藏较深,位于辛安泉域由南向北的迳流带上,在构造部位可能与其它含水层发生水力联系。
（三）老窑及水文对开采的影响
井田内除本矿外，没有其他生产矿井。
井田外围邻近北东3km处有王庄煤矿，是一座特大型现代化高产高效矿井，现简介如下：
位于本井田外围北东部、西部、南部，属潞安矿业集团有限公司（原潞安矿务局）下属大型煤矿，现开采3号煤层。
该矿建成投产于1966年12月，原设计能力为90万吨，经过两次改扩建和多次环节技术改造，目前，年核定安全生产能力达到710万吨以上。
采用立井开拓，主井采用罐笼提升，通风方式为分区式机械抽出式通风。
运输大巷沿煤层底板布置，采用胶带运输。
工作面采用放顶煤液压支架支护，一次性采煤层全高，全部跨落法管理顶板，其低位开天窗综采放顶煤技术，具有领先水平。
工作面采用刮板运输机运煤。
属低瓦斯矿井，井下最大涌水量为7200m3/d，正常涌水量为6500m3/d。
五矿井建设
（一）井筒
小南村煤业批采3号煤层，采用二个立体开拓，主井、副井井筒表土段采用混凝土浇注，基岩段采用料石砌碹。
主井主要担负提煤、进风等任务，兼作安全出口；副井主要担负出矸、下料、行人及回风等任务，兼作另一安全出口。
运输大巷沿3号煤层底板布置，回风大巷沿3号煤层顶板布置。
井下生产采用长壁悬移支架放顶煤开采方法，放炮落煤：
一次性采煤层全高，全部跨落法管理顶板。
主井采用ZKJ-25/20型绞车和双钩箕斗提升：
副井采用单钩罐笼提升，井下主运输大巷采用胶带运输：
主回风巷采用JD11.4调度绞车牵引矿车运输，工作面采用40T溜子运输。
大巷采用木棚架和工字钢架支护，工作面采用悬移支架支护。
通风方式为边界并列抽出式，通风设备为2台FBCDZ-6-NO17型对旋轴流风机，1台工作，1台备用。
矿井最大涌水量为720m3/d，正常为600m3/d，排水设备为3台D85-45×8型水泵，1台工作，1台备用，1台检修。
根2010年度矿井瓦斯等级鉴定：
为低瓦斯矿井。
小南村煤业各井筒特征见表7-1-1
井筒特征表表5-1
井口
井口坐标
（X-Y）
井口标高（m）
井筒名称
垂深
（m）
井筒形状
支护形式
断面积
（㎡）
主井
4021141.789
19682215.509
924.685
立井
248
圆形
表土段：
混凝土基岩段：
料石砌碹
13.8
副井
4021109.036
19682185.665
924.119
立井
248
圆形
表土段：
混凝土基岩段：
料石砌碹
7.1
（二）主要运输大巷及回风道的布置方式和位置选择
1、主要运输大巷
阶段或水平主要运输大巷是沟通采区与井底车场的主要交通运输干线，并进行通风排水及布设管线。
当上阶段采完后，又可以作为下一阶段或水平的总回风道，其工作年限长。
主要运输大巷在符合开拓要求的前提下，要尽量缩短大巷长度避免过多的弯曲转折以减少开拓工程，作到运输方便，有利通风，并应设在坚硬耐久不易风化无自然发火的煤岩层内。
大巷位置选择为了保证生产使用，便于维护减少煤柱损失，一般将主要运输大巷布置在煤层底板不受采动影响的坚硬岩层或煤组下部媒质坚硬围岩稳定无自然发火的簿及中厚煤层中，为了保护大巷不受采动影响，底板岩石大巷必须与煤层保持适当距离，根据我国经验，煤层与大巷间岩柱尺寸随煤层赋存深度和岩石性质而变，一般为10～30m。
2、总回风道布置
回风大巷的布置原则与运输大巷布置基本相同，并且对于一个具体矿井来说，常采用相同的布置方式。
实际上，上水平的运输大巷可以作为下水平的回风大巷。
矿井第一水平总回风道布置应根据具体情况区别对待。
①覆盖冲击层很厚，含水量比较大，一般要在井田浅部留设防水煤柱，在这种情况下可将总回风道布置在防水煤柱内。
②对于急
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